چرا برخی از صنایع با وجود استفاده از سیستم‌های حرارتی پیشرفته هنوز در مصرف انرژی عملکرد بهینه‌ای ندارند؟ آیا راهکاری وجود دارد که هم بازدهی سیستم را بالا ببرد و هم انرژی هدررفته را دوباره وارد چرخه تولید کند؟ پاسخ این سوال‌ها در استفاده از تجهیزی نه‌چندان جدید اما فوق‌العاده کاربردی به نام توربواکسپندر نهفته است. در بسیاری از فرآیندهای حرارتی، مقداری از انرژی به شکل گرمای اتلافی خارج می‌شود. اینجاست که چرخه آلی رانکین (ORC) به‌عنوان یک فناوری بازیابی انرژی وارد میدان می‌شود و توربواکسپندر نقش کلیدی در آن ایفا می‌کند. در ادامه به بررسی چیستی توربواکسپندر، عملکرد آن در سیستم ORC و مزایای عملی استفاده از آن در صنایع مختلف می‌پردازیم.

توربواکسپندر چیست؟

توربواکسپندر یک تجهیز مکانیکی است که وظیفه دارد گاز یا بخار پرفشار را منبسط کرده و از این طریق، انرژی مکانیکی تولید کند. در این فرآیند، سیال با عبور از پره‌های توربین منبسط می‌شود و همزمان با افت دما و فشار، می‌توان انرژی مکانیکی تولید شده را برای چرخاندن ژنراتور یا اجرای فرآیندهای دیگر استفاده کرد. این تجهیز معمولاً در سیستم‌هایی به کار می‌رود که نیاز به کاهش فشار گاز دارند و در عین حال، بازیابی انرژی نیز حائز اهمیت است. نکته مهم اینجاست که برخلاف شیرهای فشارشکن که انرژی را تلف می‌کنند، توربواکسپندر با بهره‌گیری از این فشار، آن را به شکلی مفید به کار می‌گیرد.

توربواکسپندر چه نقشی در چرخه ORC دارد؟

در چرخه ORC، که برای بازیابی انرژی از منابع حرارتی با دمای پایین تا متوسط طراحی شده، توربواکسپندر همان بخشی است که انرژی حرارتی را به انرژی مکانیکی و سپس به برق تبدیل می‌کند. در این سیستم، سیال آلی پس از تبخیر شدن، وارد توربواکسپندر می‌شود. حرکت سریع بخار بر پره‌های این تجهیز، باعث چرخش آن و در نهایت، تولید توان مکانیکی می‌شود. این توان به یک ژنراتور منتقل شده و به برق تبدیل می‌گردد. بدون حضور توربواکسپندر، چرخه ORC عملاً فاقد مرحله کلیدی تبدیل انرژی خواهد بود و بازدهی مورد انتظار حاصل نمی‌شود.

چگونه توربواکسپندر به افزایش راندمان ORC کمک می‌کند؟

راندمان چرخه ORC مستقیماً به نحوه مدیریت انرژی در مراحل مختلف آن بستگی دارد. توربواکسپندر، با کاهش دمای سیال خروجی و استفاده از انرژی نهفته در بخار، این فرصت را فراهم می‌کند تا حداکثر توان از منبع حرارتی استخراج شود. برخلاف توربین‌های بخار سنتی، توربواکسپندر با سیالات آلی که دارای نقطه جوش پایین‌تری هستند، هماهنگ است و عملکرد دقیق‌تری ارائه می‌دهد. علاوه بر این، طراحی فشرده‌تر و قابلیت تنظیم بهتر فشار و دبی، باعث می‌شود که تلفات انرژی به حداقل برسد و بازده کلی سیستم افزایش یابد. این امر در پروژه‌هایی با محدودیت منابع یا دمای پایین، مزیتی بزرگ محسوب می‌شود.

کاربردهای صنعتی توربواکسپندر در سیستم‌های ORC

توربواکسپندر در صنایع مختلفی که به بازیابی انرژی علاقه‌مندند کاربرد دارد. این تجهیز با قابلیت کار در فشارها و دماهای متنوع، در بخش‌های گوناگون صنعتی به کار گرفته می‌شود:

• صنایع پتروشیمی و پالایشگاه‌ها برای بازیابی انرژی از گازهای داغ خروجی
• نیروگاه‌ها برای استفاده مجدد از حرارت اگزوز توربین‌ها
• کارخانه‌های سیمان و فولاد برای بهره‌برداری از دودکش‌های کوره
• نیروگاه‌های زمین‌گرمایی (ژئوترمال)
• سردخانه‌ها و سیستم‌های سرمایش صنعتی با آب گرم خروجی
• ایستگاه‌های تقلیل فشار گاز طبیعی
• واحدهای تولید همزمان برق و حرارت (CHP)

مزایای استفاده از توربواکسپندر در چرخه آلی رانکین

استفاده از توربواکسپندر در سیستم‌های ORC مزیتی اساسی برای بازیابی انرژی اتلافی محسوب می‌شود. برخلاف روش‌های سنتی که گرمای خروجی را بدون استفاده به بیرون منتقل می‌کنند، این تجهیز با بهره‌گیری از فشار و دمای سیال، آن را به انرژی مفید مکانیکی تبدیل می‌کند. این فرآیند، موجب افزایش بازده حرارتی سیستم شده و در نتیجه، مقدار انرژی مورد نیاز از منابع اولیه کاهش می‌یابد. کاهش مصرف سوخت، کاهش آلایندگی زیست‌محیطی و بهبود پایداری سیستم از دیگر نتایج این عملکرد هوشمندانه هستند.

از سوی دیگر، توربواکسپندر به‌گونه‌ای طراحی شده که قابلیت عملکرد در شرایط سخت محیطی و دماهای پایین را دارد. این ویژگی آن را به گزینه‌ای مناسب برای پروژه‌هایی که در آن‌ها امکان بهره‌برداری از گرمای کم‌درجه وجود دارد تبدیل می‌کند. همچنین، در مقایسه با برخی تجهیزات دیگر، این دستگاه بازده بالاتری دارد و طول عمر بیشتری را در اختیار بهره‌بردار قرار می‌دهد. تمام این مزایا در کنار هزینه نگهداری پایین، باعث می‌شوند که توربواکسپندر از نظر فنی و اقتصادی انتخابی عالی در چرخه آلی رانکین باشد.

توربواکسپندر در برابر دیگر تجهیزات تبدیل انرژی؛ مقایسه‌ای کاربردی

در مقایسه با تجهیزات سنتی مانند شیر فشارشکن یا توربین بخار، توربواکسپندر بازده بالاتر و مصرف انرژی پایین‌تری دارد. جدول زیر ویژگی‌های کلیدی را به‌طور خلاصه مقایسه می‌کند:

چرا انتخاب توربواکسپندر مناسب، موفقیت پروژه ORC را تضمین می‌کند؟

در پروژه‌های ORC، انتخاب نوع و ظرفیت مناسب توربواکسپندر، تفاوت بزرگی در عملکرد سیستم ایجاد می‌کند. اگر این تجهیز متناسب با شرایط فشار، دما و نوع سیال انتخاب نشود، سیستم با کاهش راندمان، افزایش استهلاک و حتی خطرات ایمنی مواجه می‌شود. از سوی دیگر، یک انتخاب حساب شده، به‌طور چشمگیری بازگشت سرمایه پروژه را تسریع کرده و نیاز به مصرف انرژی اولیه را کاهش می‌دهد. بنابراین، طراحی دقیق و مشاوره تخصصی در مرحله انتخاب توربواکسپندر، ضامن موفقیت پروژه و بهره‌برداری پایدار آن خواهد بود.

شرکت انرژی پاک آرویج؛ انتخاب اول در اجرای پروژه‌های ORC و توربواکسپندر

شرکت انرژی پاک آرویج یکی از پیشگامان حوزه ORC و استفاده از توربواکسپندر در ایران با سال‌ها تجربه در اجرای پروژه‌های بازیابی انرژی محسوب می‌شود. این مجموعه، خدمات مشاوره، طراحی، نصب و راه‌اندازی سیستم‌های ORC را به‌صورت کامل ارائه می‌دهد و با بهره‌گیری از متخصصان فنی و تجهیزات به‌روز، پروژه‌ها را متناسب با نیاز هر صنعت سفارشی‌سازی می‌کند. اگر به دنبال افزایش بهره‌وری انرژی، کاهش مصرف سوخت و صرفه‌جویی اقتصادی در کارخانه یا نیروگاه خود هستید، اکنون بهترین زمان برای همکاری با انرژی پاک آرویج است.

اگر به دنبال اجرای یک پروژه ORC یا استفاده از توربواکسپندر در سیستم‌های صنعتی خود هستید، همین حالا با شرکت انرژی پاک آرویج تماس بگیرید. تیم فنی ما آماده است تا نیازهای خاص شما را بررسی کرده و راهکارهایی سفارشی، اقتصادی و پربازده ارائه دهد. وقت آن رسیده که از انرژی‌های هدررفته، برق تولید کنید! برای مشاوره رایگان و آغاز مسیر بهره‌وری، با ما در ارتباط باشید.